Độ méo hài tổng là gì?
Độ méo hài tổng (THD - Total Harmonic Distortion) cho biết một tín hiệu tuần hoàn — chẳng hạn điện áp, dòng điện hay dạng sóng âm thanh — lệch khỏi một sóng sin lý tưởng đến mức nào. Một sóng sin hoàn hảo chỉ mang năng lượng ở tần số cơ bản. Bất kỳ yếu tố phi tuyến nào (bộ khuếch đại, nguồn cấp, biến tần, máy biến áp) đều sinh ra các thành phần phụ tại bội số nguyên của tần số cơ bản, gọi là các sóng hài. THD gộp toàn bộ độ lớn của các hài này so với thành phần cơ bản thành một con số phần trăm duy nhất. THD càng thấp thì tín hiệu càng "sạch".
Cách dùng máy tính này
Bạn nhập biên độ của thành phần cơ bản (V1) và biên độ của từng sóng hài đã đo được (từ V2 đến V7). Biên độ có thể là giá trị đỉnh hoặc giá trị hiệu dụng (RMS) — chỉ cần dùng nhất quán một loại, bởi THD là một tỷ số nên đơn vị sẽ tự triệt tiêu. Những ô hài không dùng đến cứ để bằng 0. Công cụ sẽ trả về THD dưới dạng phần trăm, dưới dạng tỷ số đơn thuần, cùng với độ lớn RMS của tổ hợp các sóng hài.
Giải thích công thức
THD bằng căn bậc hai của tổng bình phương các biên độ hài, chia cho biên độ thành phần cơ bản:
$$\text{THD} = \frac{\sqrt{\text{V}_2^{2} + \text{V}_3^{2} + \text{V}_4^{2} + \text{V}_5^{2} + \text{V}_6^{2} + \text{V}_7^{2}}}{\left|\text{V}_1\right|} \times 100\%$$
Phần căn-bậc-hai-của-tổng-bình-phương thực chất chính là giá trị RMS tổng hợp của các sóng hài. Việc chia cho \(\text{V}_1\) giúp chuẩn hóa kết quả, nhờ đó nó không phụ thuộc vào mức tín hiệu tổng thể.
Ví dụ minh họa
Giả sử \(\text{V}_1 = 10\), \(\text{V}_2 = 3\) và \(\text{V}_3 = 4\). Giá trị RMS của các hài là $$\sqrt{3^{2} + 4^{2}} = \sqrt{25} = 5.$$ Khi đó $$\text{THD} = \frac{5}{10} = 0{,}5,$$ tức 50%. Dù từng sóng hài riêng lẻ trông có vẻ khiêm tốn, khi kết hợp lại chúng tạo ra mức méo đáng kể.
Câu hỏi thường gặp
Nên dùng biên độ đỉnh hay RMS? Loại nào cũng được, miễn là tất cả các giá trị dùng chung một quy ước; kết quả vẫn là một tỷ số không thứ nguyên.
THD bao nhiêu được coi là tốt? Với âm thanh, dưới 1% thường tai người không nghe ra; thiết bị hi-fi cao cấp hướng tới dưới 0,1%. Hệ thống điện thường giới hạn THD điện áp ở khoảng 5%.
Tại sao chia cho \(\text{V}_1\) mà không chia cho toàn bộ tín hiệu? Đây là định nghĩa tham chiếu theo thành phần cơ bản của IEEE (THD-F). Một số tiêu chuẩn lại chia cho RMS tổng (THD-R); công cụ này sử dụng cách tính THD-F.
